工程教育專業認證目標下的電子類課程教學質量研究—基于中外電子仿真軟件的比較

楊蕊

（湖北經濟學院信息與通信學院，湖北武漢，430205）

1 電子仿真軟件與工程教育專業認證的契合

為了使我國的工程本科學位得到國際的認可，我國在2016年6月正式加入了《華盛頓協議》這個最有影響力的工程教育學位互認協議[1]，自此工程教育專業認證成為了我國高校專業建設新的風向標，例如上海高校聯盟規定2020年后沒有通過工程教育專業認證的專業不得招生。卓業工程師計劃從1.0到2.0的前提和基礎是通過工程教育專業認證。

在我國電子信息類專業的工程教育專業認證的畢業要求5中明確規定：學生必須有使用現代工具的能力。5.2規定學生能夠在復雜工程問題的預測、建模、模擬、設計、實現過程中，選擇與使用恰當的軟、硬件工具，提高解決復雜工程問題的能力，并理解不同工具其局限性。學生可以利用電子仿真軟件通過對實驗項目工程進行建模、設計、模擬運行、測試從而實現對系統設計的初步評估。

電子信息類專業的工程教育專業認證的畢業要求12規定：學生必須具備終身學習的能力。分解點12.2中要求：通過工程項目實踐，培養自主學習和終身學習意識，以及適應發展的能力。電子仿真軟件是不斷更新升級的，因此通過加強學生對電子仿真軟件的掌握培養學生終身學習的習慣和素質。

2 中外電子仿真軟件概述

電子仿真軟件不是我國的原創，因此最初高校專業基本都是利用國外的仿真軟件，如：EWB、Multisim、Matlab、Proteus、PCB設計軟件等。目前在高校電子技術類課程中應用的較多的國外電子仿真軟件是美國NI公司的最新仿真軟件Multisim14.0。

隨著我國電子技術的不斷發展，在吸收了國外電子仿真軟件的優點并結合自身特點，研發出適合我國國情的EDA電子仿真軟件層出不窮。近年來，立創EDA作為國產EDA軟件的新星，在高校電子類課程得到廣泛應用。

3 Multisim14.0與立創EDA的比較

發展歷史：Multisim軟件是美國NI公司發布的交互式SPICE仿真軟件。它先后經歷了從上世紀八十年代末，九十年代初推出的EWB5.0，EWB6.0，Multisim2001[5]到現在的最新版本Multisim14.0，至今已有了四十多年的發展歷史。立創EDA是2017年深圳嘉立創公司研發的一款EDA電子仿真軟件，是一款完全具有我國獨立知識產權的EDA軟件，目前我國有超過500所高校正在使用。

軟件的下載與升級：立創EDA是與Multisim軟件不同，它是基于瀏覽器的EDA，不用配置不用下載，只需要進入立創EDA的網站，點擊立創EDA編輯器就能開始使用該軟件，它是基于網頁緩存的一個網頁APP。打開編輯器后程序已經緩存在瀏覽器本地，不占內存也是它的一大優點。使用者也不必擔心斷網無法使用，立創EDA有斷網編輯功能。立創EDA徹底解決了版權風險，終身免費是立創EDA的一大亮點，且持續維護并更新版本。立創EDA的升級方式是自動升級，使得學生和教師在在不自覺中也能緊跟市場和技術的最新發展步伐。

使用Multisim軟件需要在專門的網站下載，安裝的過程較為復雜且需要較長的時間。Multisim軟件的使用和升級都是有時間期限并且需要付費，針對中國市場雖然有漢化軟件，但也僅限于菜單的漢化，具體的元器件和儀器都是英文。

工作模式：立創EDA有兩種工作模式：一種為仿真模式，它能夠和Multisim幾近相似的工作界面對電路系統進行仿真和測試，另一種為標準模式，兩種工作模式可以自由切換。標準模式提供了百萬種原理圖庫、PCB封裝庫、原理圖工程及PCB工程[2]。標準模式下能夠完成從原理圖設計→PCB設計→實物3D預覽→PCB板在線定制下單→自動生成元器件清單→立創商城購買元器件→收到電路板實物。這種一站式的使用體驗，大大節省了不必要的非專業工作，非常有利于學生利用課余時間完成自己感興趣的科研項目研發。Multisim軟件是一款能夠完成原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它只具有仿真功能，如果要進行PCB板的設計，在Multisim14.0軟件的界面中設計了NI公司的Ultiboard14.0的轉移菜單，Ultiboard可以直接接收來自Multisim模塊輸出的前端設計信息，并按照確定的設計規則進行PCB的快速布局和布線,也就是原理圖設計和PCB設計需要分別下載和安裝Multisim和Ultiboard兩種軟件，顯然沒有立創EDA使用的更快捷。

立創EDA還特有一個專門面向高校教師的教育版。教師只要按照提示操作即可完成教育版的免費使用申請。教師利用教育版可以組件班級，對學生進行管理，教師作為超級管理員可以指定學生為班級管理員，輔助管理教學事務。教師能夠在線發布作業，隨時查看學生作業進度，對學生的成績進行管理， 無需文件傳輸，不受設備限制。可見立創EDA是符合我國國情的。它優秀的本土化是Multisim軟件無法企及的。

元器件：立創EDA擁有30多萬種實時更新的元件，基本元器件均有三種方式可供選擇：美版、歐版和實物3D圖。美版和歐版的元器件符號基本大同小異，但是電感符號差異是較大。課堂教學大都按照美版教，利用立創EDA卻可以通過對比學習很方便的填補這個缺漏。同時立創EDA還有元器件的3D模型圖供使用者參考，教師可以通過3D圖初步建立學生的實際工程設計思維，為后面的PCB的布局以及實際元器件型號的選擇建立良好基礎。立創EDA元器件庫界面有兩種搜索模式，一種與Multisim搜索模式相同；另一種為立創商城實際產品的搜索模式，可搜索到該元器件的型號、封裝形式、生產商，元器件實物效果圖、價格等各種相關參數以及購買鏈接。而Multisim的元器件符號全部為美版，元器件的數量和種類也是相當齊全和海量的。Multisim14.0相較于10.0以下的版本多了一個MCU的模塊，可以仿真單片機。

測試儀器：立創EDA有五種測試儀器：萬用表、雙蹤示波器、函數發生器、瓦特計和邏輯分析儀，這些儀器只具備最基本的測試功能。Multisim14.0則提供了達20種的測試儀器。Multisim中的示波器不僅有雙蹤、四蹤兩種示波器。它的一大特色是有四種實驗儀器：Agilent示波器、Agilent函數發生器、Agilent萬用表和Tektronix示波器。它們的控制面板幾乎是實物操控面板的完全再現，如圖1所示。

圖1 Agilent萬用表操控面板

測試者像操作實物一樣對面板的按鈕進行按壓或者旋鈕的旋轉來改變測試參數。顯然Multisim軟件具有這種“高逼真”的仿真儀器，對于提高學生測試工程師的的專業基本功是非常重要的訓練手段。因此在測試儀器方面Multisim無論從仿真度還是種類、方法上都優于立創EDA。

下面以《通信電子線路》課程中常用的并聯諧振回路舉例說明兩種軟件在教學方面的差異。用Multisim14.0的波特儀測量并聯諧振回路的選頻參數電路如圖2所示，波特儀仿真的幅頻曲線函數如圖3所示，移動波特儀中的光標即可獲得相關的諧振頻率、上限截止頻率和下限截止頻率的值，從而獲得帶寬BW0.7的測量值表1所示，從表中的仿真相對誤差可以看出仿真與理論值是非常接近的。圖4是立創EDA的儀表可以看出，沒有測量幅頻曲線的波特儀，只能利用函數發生器不斷改變頻率值進行近似測量，這種測量選頻參數的方法顯然過程繁瑣且測量值不夠準確。

圖2 Multisim14.0并聯諧振仿真電路

圖3 Multisim14.0的波特儀波形圖

圖4 立創EDA的仿真儀器

表1 Multisim14.0的并聯諧振仿真回路選頻參數測試數據

4 中外電子仿真軟件對提高電子類課程質量的研究

兩款軟件在仿真界面和操控方法上大同小異，立創EDA雖然這幾年才引入高校，但之前接觸過Multisim軟件的，也能快速熟悉操作方法。為了實現工程教育專業認證的目標,總的來說這兩款軟件都能滿足電子類課程如電路分析、模擬電子技術、通信電子線路、數字電子技術和單片機技術等課程的需求[6]。

立創EDA相當于原理仿真和PCB設計功能二合一的EDA軟件。但它的仿真儀器比Multisim軟件的種類要少許多，因此對于大型復雜系統的仿真、測試和分析能力與Multisim軟件還是有差距的。同樣它的PCB功能對于復雜系統的設計需求和使用的穩定性也不及Altium Designer軟件[3]。由于立創EDA是一種在線EDA，設計的工程都是云端存儲方式，因此對于大型工程的存儲是有限的。但立創EDA除了使用時本身不需要付費和升級外，它的另一個亮點就是能夠實現從系統項目設計到市場和實物的無縫對接，通過立創EDA的應用訓練建立學生從課堂理論到市場經濟的一整套項目設計、成本控制、優化產品的工程思維模式是非常有利的。

綜上所述，本文建議在大一、大二的課程中可以將立創EDA作為對學生熟悉科研項目從設計思路到實物完成的一整套電路系統流程的訓練手段。大三和大四課程包括畢業設計中的復雜項目可以讓學生自學Multisim軟件并利用其完成復雜項目。學生在使用的過程中也能真切體會到兩種仿真軟件的優缺點，具備工程教育認證5.2中的“理解不同工具其局限性”的能力。

5 結束語

電子仿真軟件無論做的如何逼真，通過實踐都會發現和真實的實物測試過程以及測試結果還是有一定的差異的[4]，因此實際的實踐項目的對學生的培訓是必不可少的，電子仿真軟件作為在前期項目原理性設計、驗證和修正方案是不可缺少的重要手段之一。